Στη σημερινή εποχή της ραγδαίας τεχνολογικής προόδου, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα κάνουν το όνομά τους γνωστό σε ένα ευρύ φάσμα τομέων λόγω της ανώτερης απόδοσής τους. Από εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας στην αεροδιαστημική έως τις καθημερινές ανάγκες των αθλητικών ειδών, τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα έχουν δείξει μεγάλο δυναμικό. Ωστόσο, για την παρασκευή σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα υψηλής απόδοσης, απαιτείται η επεξεργασία ενεργοποίησης...ίνες άνθρακαείναι ένα κρίσιμο βήμα.
Εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου επιφάνειας από ίνες άνθρακα
Οι ίνες άνθρακα, ένα υλικό ινών υψηλής απόδοσης, έχουν πολλές συναρπαστικές ιδιότητες. Αποτελούνται κυρίως από άνθρακα και έχουν επιμήκη νηματοειδή δομή. Από την άποψη της επιφανειακής δομής, η επιφάνεια των ινών άνθρακα είναι σχετικά λεία και έχει λιγότερες ενεργές λειτουργικές ομάδες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά την παρασκευή των ινών άνθρακα, η ενανθράκωση σε υψηλή θερμοκρασία και άλλες επεξεργασίες καθιστούν την επιφάνεια των ινών άνθρακα να παρουσιάζει μια πιο αδρανή κατάσταση. Αυτή η ιδιότητα της επιφάνειας φέρνει μια σειρά από προκλήσεις στην παρασκευή σύνθετων υλικών από ίνες άνθρακα.
Η λεία επιφάνεια καθιστά τον δεσμό μεταξύ των ινών άνθρακα και του υλικού μήτρας αδύναμο. Κατά την παρασκευή σύνθετων υλικών, είναι δύσκολο για το υλικό μήτρας να σχηματίσει ισχυρό δεσμό στην επιφάνεια τουίνες άνθρακα, η οποία επηρεάζει τη συνολική απόδοση του σύνθετου υλικού. Δεύτερον, η έλλειψη ενεργών λειτουργικών ομάδων περιορίζει τη χημική αντίδραση μεταξύ των ινών άνθρακα και των υλικών μήτρας. Αυτό κάνει τη διεπιφανειακή σύνδεση μεταξύ των δύο να βασίζεται κυρίως σε φυσικά φαινόμενα, όπως η μηχανική ενσωμάτωση κ.λπ., τα οποία συχνά δεν είναι αρκετά σταθερά και είναι επιρρεπή σε διαχωρισμό όταν υπόκεινται σε εξωτερικές δυνάμεις.
Σχηματικό διάγραμμα ενίσχυσης ενδιάμεσων στρώσεων υφάσματος από ανθρακονήματα με νανοσωλήνες άνθρακα
Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, καθίσταται απαραίτητη η επεξεργασία ενεργοποίησης των ινών άνθρακα.ίνες άνθρακαπαρουσιάζουν σημαντικές αλλαγές σε διάφορους τομείς.
Η επεξεργασία ενεργοποίησης αυξάνει την τραχύτητα της επιφάνειας των ινών άνθρακα. Μέσω χημικής οξείδωσης, επεξεργασίας με πλάσμα και άλλων μεθόδων, μικροσκοπικές κοιλότητες και αυλακώσεις μπορούν να χαραχθούν στην επιφάνεια των ινών άνθρακα, καθιστώντας την τραχιά. Αυτή η τραχιά επιφάνεια αυξάνει την επιφάνεια επαφής μεταξύ των ινών άνθρακα και του υλικού υποστρώματος, γεγονός που βελτιώνει τον μηχανικό δεσμό μεταξύ των δύο. Όταν το υλικό μήτρας συνδέεται με τις ίνες άνθρακα, είναι σε θέση να ενσωματωθεί καλύτερα σε αυτές τις τραχιές δομές, σχηματίζοντας έναν ισχυρότερο δεσμό.
Η επεξεργασία ενεργοποίησης μπορεί να εισαγάγει μια πληθώρα δραστικών λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια των ινών άνθρακα. Αυτές οι λειτουργικές ομάδες μπορούν να αντιδράσουν χημικά με τις αντίστοιχες λειτουργικές ομάδες στο υλικό μήτρας για να σχηματίσουν χημικούς δεσμούς. Για παράδειγμα, η επεξεργασία οξείδωσης μπορεί να εισαγάγει υδροξυλομάδες, καρβοξυλομάδες και άλλες λειτουργικές ομάδες στην επιφάνεια των ινών άνθρακα, οι οποίες μπορούν να αντιδράσουν με τοεποξειδικήομάδες στη ρητινική μήτρα και ούτω καθεξής για να σχηματίσουν ομοιοπολικούς δεσμούς. Η ισχύς αυτού του χημικού δεσμού είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του φυσικού δεσμού, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης μεταξύ των ινών άνθρακα και του υλικού της μήτρας.
Η επιφανειακή ενέργεια των ινών ενεργού άνθρακα αυξάνεται επίσης σημαντικά. Η αύξηση της επιφανειακής ενέργειας διευκολύνει την διαβροχή των ινών άνθρακα από το υλικό μήτρας, διευκολύνοντας έτσι την εξάπλωση και τη διείσδυση του υλικού μήτρας στην επιφάνεια των ινών άνθρακα. Κατά τη διαδικασία παρασκευής σύνθετων υλικών, το υλικό μήτρας μπορεί να κατανεμηθεί πιο ομοιόμορφα γύρω από τις ίνες άνθρακα για να σχηματίσει μια πιο πυκνή δομή. Αυτό όχι μόνο βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου υλικού, αλλά και βελτιώνει άλλες ιδιότητές του, όπως η αντοχή στη διάβρωση και η θερμική σταθερότητα.
Οι ίνες ενεργού άνθρακα έχουν πολλαπλά πλεονεκτήματα για την παρασκευή σύνθετων υλικών από ίνες άνθρακα.
Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, η δύναμη σύνδεσης μεταξύ της διεπιφάνειας μεταξύ των ενεργοποιημένωνίνες άνθρακακαι το υλικό της μήτρας βελτιώνεται σημαντικά, γεγονός που επιτρέπει στα σύνθετα υλικά να μεταφέρουν καλύτερα τις τάσεις όταν υπόκεινται σε εξωτερικές δυνάμεις. Αυτό σημαίνει ότι οι μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών, όπως η αντοχή και το μέτρο ελαστικότητας, βελτιώνονται σημαντικά. Για παράδειγμα, στον αεροδιαστημικό τομέα, ο οποίος απαιτεί εξαιρετικά υψηλές μηχανικές ιδιότητες, τα εξαρτήματα αεροσκαφών που κατασκευάζονται με σύνθετα υλικά από ενεργές ίνες άνθρακα είναι σε θέση να αντέχουν μεγαλύτερα φορτία πτήσης και να βελτιώνουν την ασφάλεια και την αξιοπιστία του αεροσκάφους. Στον τομέα των αθλητικών ειδών, όπως σκελετοί ποδηλάτων, μπαστούνια του γκολφ κ.λπ., τα σύνθετα υλικά από ενεργές ίνες άνθρακα μπορούν να παρέχουν καλύτερη αντοχή και ακαμψία, μειώνοντας παράλληλα το βάρος και βελτιώνοντας την εμπειρία των αθλητών.
Όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση, λόγω της εισαγωγής δραστικών λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια των ινών ενεργού άνθρακα, αυτές οι λειτουργικές ομάδες μπορούν να σχηματίσουν πιο σταθερό χημικό δεσμό με το υλικό της μήτρας, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή στη διάβρωση των σύνθετων υλικών. Σε ορισμένες σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως το θαλάσσιο περιβάλλον, η χημική βιομηχανία κ.λπ., το ενεργοποιημένοσύνθετα υλικά από ανθρακονήματαμπορούν να αντισταθούν καλύτερα στη διάβρωση των διαβρωτικών μέσων και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής τους. Αυτό έχει μεγάλη σημασία για ορισμένους εξοπλισμούς και κατασκευές που χρησιμοποιούνται σε σκληρά περιβάλλοντα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Όσον αφορά τη θερμική σταθερότητα, η καλή διεπιφανειακή σύνδεση μεταξύ των ινών ενεργού άνθρακα και του υλικού μήτρας μπορεί να βελτιώσει τη θερμική σταθερότητα των σύνθετων υλικών. Σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, τα σύνθετα υλικά μπορούν να διατηρήσουν καλύτερες μηχανικές ιδιότητες και διαστατική σταθερότητα και είναι λιγότερο επιρρεπή σε παραμόρφωση και ζημιές. Αυτό καθιστά τα σύνθετα υλικά από ίνες ενεργού άνθρακα ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, όπως εξαρτήματα κινητήρων αυτοκινήτων και εξαρτήματα θερμού άκρου κινητήρων αεροσκαφών.
Όσον αφορά την απόδοση επεξεργασίας, οι ίνες ενεργού άνθρακα έχουν αυξημένη επιφανειακή δραστηριότητα και καλύτερη συμβατότητα με το υλικό της μήτρας. Αυτό διευκολύνει τη διείσδυση και τη σκλήρυνση του υλικού της μήτρας στην επιφάνεια των ινών άνθρακα κατά την προετοιμασία του σύνθετου υλικού, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση της επεξεργασίας και την ποιότητα του προϊόντος. Ταυτόχρονα, βελτιώνεται και η δυνατότητα σχεδιασμού των σύνθετων υλικών από ίνες ενεργού άνθρακα, επιτρέποντάς τους να προσαρμόζονται για διαφορετικές εφαρμογές και να καλύπτουν μια ποικιλία σύνθετων μηχανικών απαιτήσεων.
Επομένως, η θεραπεία ενεργοποίησηςίνες άνθρακααποτελεί βασικό κρίκο στην παρασκευή σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα υψηλής απόδοσης. Μέσω της επεξεργασίας ενεργοποίησης, η επιφανειακή δομή των ινών άνθρακα μπορεί να βελτιωθεί για να αυξηθεί η τραχύτητα της επιφάνειας, να εισαχθούν ενεργές λειτουργικές ομάδες και να βελτιωθεί η επιφανειακή ενέργεια, έτσι ώστε να βελτιωθεί η αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης μεταξύ των ινών άνθρακα και του υλικού μήτρας και να τεθούν τα θεμέλια για την παρασκευή σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, αντοχή στη διάβρωση, θερμική σταθερότητα και απόδοση επεξεργασίας. Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, πιστεύεται ότι η τεχνολογία ενεργοποίησης ινών άνθρακα θα συνεχίσει να καινοτομεί και να αναπτύσσεται, παρέχοντας ισχυρότερη υποστήριξη για την ευρεία εφαρμογή των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα.
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
Κιν.: +86 18683776368 (επίσης whatsapp)
Τηλ.:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Διεύθυνση: NO.398 New Green Road, Xinbang Town, Songjiang District, Σαγκάη
Ώρα δημοσίευσης: 04 Σεπτεμβρίου 2024